不脫出螺釘聯接結構探討

江繼輝 熊峰

（中國船舶重工集團公司七一二研究所，武漢 430064）

1 引言

為預防螺釘脫落，解決小螺釘脫落后不易尋找的問題或避免脫落后可能造成的不良后果，在艦船配套產品上的一些經常需要維修拆卸的面板（或蓋板）安裝場合廣泛采用了不脫出螺釘（Crews with waisted shank），我國也早就形成了相應的技術標準：如 GB/T837-1988開槽盤頭不脫出螺釘、GB/T838-1988六角頭不脫出螺釘、GB/T839-1988滾花頭不脫出螺釘、GB/T848-1988開槽沉頭不脫出螺釘、GB/T849-1988開槽半沉頭不脫出螺釘等，以上標準分別給出了各種不脫出螺釘的結構尺寸規范。然而，標準中并沒有對不脫出螺釘的聯接結構形成相應技術規范。

由于不脫出螺釘的結構特殊性，其聯接結構與普通螺釘是有區別的。然而，設計人員往往忽視或沒有留意到其中的區別。筆者最近接連發現了兩起由于不脫出螺釘連接結構不合理而形成的質量問題的典型事例：

事例 1：某產品面板安裝的不脫出螺釘存在難上、難下、面板壓不平等問題并發現螺釘脫過螺母形成“滑絲”假象；

事例 2：某控制柜蓋板不脫出螺釘在現場防脫卡簧大量脫落，試驗完后螺釘遺失較多。

為此，筆者認為有必要就不脫出螺釘的聯接結構加以探討，供設計人員參考，希望已有問題得到有效解決，在以后螺釘聯接結構設計中不再出現類似的問題。

2 不脫出螺釘結構特點分析

以常用的開槽盤頭不脫出螺釘為例，圖 1為 GB/T837-1988開槽盤頭不脫出螺釘的結構示意圖。

圖1 GB/T837-1988開槽盤頭不脫出螺釘

從圖中可見，不脫出螺釘在結構上依次由大于螺紋大徑的螺釘頭（外徑 dk）、小于螺紋小徑的束腰（直徑 ds）及螺紋(大徑 d)三部分組成，螺釘頭部分起到壓緊被聯接件作用，束腰部分起防脫作用，螺紋部分起聯接作用。顯然，螺釘結構本身并不具備防止脫落的功能，螺釘的防脫功能是要靠與被聯接件（即蓋板或面板）之間的聯接結構來實現的，即通過一定結構將螺釘的束腰部分 (waisted shank)卡在被連接件安裝孔上來實現防脫出功能。

從不脫出螺釘標準尺寸規格表中可見，螺紋部分長度b與螺紋直徑規格相匹配，螺紋規格越大螺紋長度也越長，螺紋長度基本上是滿足連接強度的最小長度，而對螺釘總長L沒有予以規定，從螺紋長度限制也可以看出不脫出螺釘聯接結構的嚴格要求。

3 不脫出螺釘聯接方式分類

為了使螺釘掛在被聯接件上不脫出，在結構上一般采取兩種方式：

(1)絲扣防脫（如圖2所示）：被聯接件安裝孔上帶有與螺釘螺紋規格一致的螺紋，螺釘旋入后被掛在被連接件上，不會自然脫出，上述事例1即為該結構；

圖2 絲扣防脫結構示意圖

(2)卡式防脫（如圖3所示）：被連接件安裝孔為大于螺桿外徑的光孔，螺釘通過彈性卡套、彈簧擋圈卡或卡簧在被連接件上（圖中為彈簧擋圈防脫結構示意圖），如不拆卸漲緊套或彈簧擋圈，螺釘無法從被連接件孔中脫出，上述事例 2為該結構。

圖3 彈性擋圈防脫結構示意圖

圖2和圖3中，δ為被聯接件及卡圈墊片總厚度，h為防脫結構內表面至聯接螺孔上表面之間的距離，H為被聯接件（含外墊片）外表面至聯接螺孔下表面的距離（即聯接構件總厚度），b為螺釘旋入長度。

4 聯接結構正確技術條件

雖然標準中沒有說明，但從不脫出螺釘防脫結構特點及螺紋長度較小的特點可見，不脫出螺釘的聯接結構是有嚴格要求的。

如果被連聯接件僅用一個螺釘固定，由于在旋緊或旋松螺釘的過程中，被聯連接件可以與螺釘一起移動，防脫螺釘與普通螺釘在安裝結構上除防脫結構外或許沒有特殊要求，然而，被聯接件往往是同時由2個以上螺釘固定，螺釘被卡在被聯接件上，被聯接件同時受到多個螺釘的約束，被聯接件無法隨單個螺釘的進退而進退。

正因為不脫出螺釘具有被卡在被連接件上、螺紋尺寸有限以及通常有多個螺釘同時聯接一組構件的特征，不脫出螺釘的聯接結構必須滿足以下三個技術條件：

(1)螺釘在被連接件上的竄動量應等于或略大于螺釘的旋入量，以保證螺釘能旋入聯接螺孔內，這是保證聯接有效的基本條件。用圖示中的尺寸代號表示，有L-b-δ≥b

即 L≥δ+2b

(2)防脫結構內表面至聯接螺孔上表面之間的距離應等于或略大于螺釘的旋入量，以保證在拆卸時螺釘順利進入和退出連接螺孔。

用尺寸代號表示，有 h≥b

這是保證被聯接件上防脫結構不發生干涉，保證順利安裝的必要條件。否則，絲扣防脫結構在螺釘旋入時，其它螺釘會被頂住，造成被連接件變形，旋入困難或絲扣受損，工人操作時只好多個螺釘同時逐步旋入，在螺釘退出時，螺釘的螺紋部分在沒有完全從連接螺孔中退出之前就進入被連接件螺孔中，形成雙螺扣自鎖，拆卸相當困難，強行拆卸會造成螺釘損壞；卡簧防脫結構在螺釘退出時會碰到被連接件防脫結構反面，形成對被連接件的頂壓，強行卸下時，彈簧卡會沿螺紋被旋出，最后使螺釘防脫結構失效。

(3)螺釘長度不能超出聯接構件的總厚度，以使螺釘上緊后螺紋部分正好在連接螺孔內，這是保證不脫出螺釘有效聯接的另一基本條件。

用尺寸代號表示，有 L≤H

回頭再看，標準規范中之所以將螺釘的螺紋長度規定為滿足聯接強度的最小長度，正是考慮到避免聯接結構進一步復雜化的需要，而這一規范也決定了其聯接結構的嚴謹性。

另外需要注意的是，不脫出螺釘不是防松螺釘，不能將防脫與防松兩個概念混為一談，防松結構應另行考慮。

5 問題事例原因分析

通過以上分析，前面提到的兩個事例中的問題原因是顯而易見的：

事例1中，由于防脫結構內表面至聯接螺孔上表面之間的距離h太小（可能根本未予考慮），面板螺紋與聯接螺孔螺紋形成干涉，從而造成的螺釘旋緊旋出都很困難、甚至無法拆卸、面板安裝不平等問題，同時由于螺釘長度超出了聯接構件的總厚度，螺紋部分被旋出聯接螺孔之外，形成滑絲假象。

事例2中，防脫結構內表面至聯接螺孔上表面之間的距離h不夠，安裝蓋板時，四個螺釘需要同時逐步旋入，拆卸蓋板時，四個螺釘同時退出，操作人員不知道存在結構問題，往往逐一拆卸螺釘，拆卸時彈簧擋圈頂住蓋板后繼續旋轉，使卡簧沿螺紋退出，造成防脫失效，螺釘脫落。

6 結束語

總之，螺釘雖小，但不同的螺釘有不同的規范要求，應該引起我們設計人員的足夠重視，既要熟悉標準規格，還要分析其結構特點；在安裝作業過程中，操作人員發現問題應及時發現并反饋問題，不應蒙混過關，否則會造成操作困難，功能失效，甚至造成重大質量事故。

：

[1]GB/T837-1988, 開槽盤頭不脫出螺釘.

[2]GB/T838-1988, 六角頭不脫出螺釘.

[3]GB/T839-1988, 滾花頭不脫出螺釘.

[4]GB/T848-1988, 開槽沉頭不脫出螺釘.

[5]GB/T849-1988, 開槽半沉頭不脫出螺釘.